Les ingénieurs et les chercheurs travaillent chaque jour à faire progresser les technologies médicales en mettant au point des solutions innovantes pour le diagnostic, les essais et les traitements. La modélisation et la simulation numériques (M&S) jouent un rôle croissant dans le développement de ces solutions et sont encouragées par la FDA (Food and Drug Administration) pour l’évaluation de la sécurité et la prévision des résultats cliniques.
Grâce à la simulation, les équipes d’ingénierie peuvent étudier le comportement d’un dispositif avant de créer des prototypes physiques, ce qui permet d’identifier les risques potentiels, d’explorer différentes options de conception et de prendre des décisions plus éclairées dès les premières phases de développement. La simulation est particulièrement précieuse dans le cas d’applications spécifiques à chaque patient, pour lesquelles les tests physiques peuvent s’avérer longs et coûteux. En complément des approches traditionnelles, la simulation, dont l’intégration aux processus de développement est de plus en plus importante, peut être combinée à des technologies émergentes comme l’IA.
Comprendre les risques thermiques
Les effets thermiques illustrent bien la manière dont la simulation peut être utilisée pour évaluer la sécurité des dispositifs médicaux. En effet, dans de nombreux cas, les champs électromagnétiques qui interagissent avec les tissus biologiques peuvent générer de la chaleur, laquelle doit être soigneusement évaluée afin d’éviter tout risque de dommages. Par exemple, dans des procédures telles que l’ablation par radiofréquence, l’échauffement est intentionnel et doit être maîtrisé. Dans d’autres cas, comme lors d’examens d’IRM (Imagerie par Résonance Magnétique), les implants peuvent subir un échauffement indésirable qui doit également être pris en compte.
Ces situations impliquent plusieurs effets physiques interdépendants. Les champs électromagnétiques, le transfert thermique et les propriétés des tissus interagissent les uns avec les autres, ce qui rend la problématique difficile à étudier uniquement par des essais. La simulation aide les ingénieurs à analyser ces interactions de manière contrôlée dans de nombreux scénarios. Grâce au logiciel COMSOL Multiphysics®, ils peuvent modéliser ces effets et mieux comprendre comment un dispositif réagira en conditions réelles.
Certains indicateurs, tels que le CEM43 (Cumulative Equivalent Minutes at 43 °C), utilisé pour calculer une dose thermique à visée thérapeutique, considèrent à la fois la température et la durée d’exposition, et servent généralement à estimer les risques potentiels de lésions tissulaires. L’intégration de ces paramètres dans une simulation permet de mieux comprendre comment les prévisions se traduisent en risques potentiels. Par exemple, lors de la modélisation d’implants rachidiens dans un environnement d’IRM, les résultats de simulation peuvent montrer que les champs RF (radiofréquences) peuvent se concentrer localement à proximité de composants conducteurs comme les tiges et les vis. Ce qui pourrait entraîner une augmentation de la température dans les tissus environnants. Avec un logiciel de simulation tel que COMSOL Multiphysics®, il est non seulement possible de visualiser ces effets, mais aussi de les quantifier à l’aide de métriques telles que le CEM43. Ainsi les ingénieurs peuvent prendre des décisions de conception plus avisées.
Augmentation de la température des tissus biologiques autour d’un implant passif conducteur due à l’échauffement par radiofréquence pendant une IRM.
Étendre les flux de travail de simulation grâce à l’IA
Dans COMSOL Multiphysics®, la fenêtre Chatbot permet de connecter directement le logiciel à de grands modèles de langage comme OpenAI™ GPT, Google Gemini™, DeepSeek™, ou à des solutions sur site. Grâce à l’intégration complète de cette fonctionnalité d’IA dans l’environnement COMSOL Desktop®, il n’est donc pas nécessaire de jongler entre différents outils externes.
La fenêtre Chatbot peut être utilisée pour diverses tâches, qu’il s’agisse d’un appui à l’implémentation de fonctionnalités dans le modèle de simulation, d’obtenir des réponses à des questions portant sur COMSOL Multiphysics®, tout en aidant à relever des défis spécifiques en modélisation. Par exemple, lors de la résolution de problèmes complexes, tels que l’implémentation de calculs comme celui du CEM43, la fenêtre Chatbot peut suggérer des formules ou aider à structurer les expressions requises.
Utilisation de la fenêtre Chatbot pour faciliter l’implémentation du calcul de la dose thermique CEM43 dans un modèle COMSOL Multiphysics. En haut : affichage de la demande et de la réponse ; en bas : résultats que les utilisateurs peuvent implémenter dans le logiciel sur la base de la réponse.
Les suggestions générées par l’IA doivent être vérifiées au cours du processus de modélisation. Toutefois, lorsque les méthodes assistées par IA sont soigneusement mises en œuvre et combinées à la simulation, elles peuvent considérablement simplifier les tâches de modélisation complexes et réduire le temps de configuration. Cela permet aux équipes d’ingénierie de se focaliser sur l’interprétation des résultats et de peaufiner les conceptions. Cette approche peut également accélérer le développement et favoriser la prise de décisions plus pertinentes, tout en continuant d’assurer la sécurité ou les performances des dispositifs.
COMSOL Multiphysics et COMSOL Desktop sont des marques déposées de COMSOL AB. DeepSeek est une marque déposée de Delson Group Inc. Google Gemini est une marque déposée de Google LLC. OpenAI est une marque déposée de OpenAI OpCo, LLC.
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